Q450NQR1強(qiáng)度偏低原因分析

高 磊,曲 帥,景 鶴,栗 銳,翟永彬,劉志偉,董 毅

(鞍鋼股份有限公司,遼寧 鞍山114000)

鞍鋼生產(chǎn)的一批厚度為8.0 mm用于鐵路車輛的耐大氣腐蝕熱軋鋼板Q450NQR1檢驗(yàn)后發(fā)生強(qiáng)度偏低問(wèn)題,且大部分鋼卷屈服強(qiáng)度低于標(biāo)準(zhǔn)的450 MPa下限要求(見(jiàn)表1),不能正常交付合同。為避免再次生產(chǎn)出現(xiàn)同樣的問(wèn)題,對(duì)此批生產(chǎn)的鋼卷取樣進(jìn)行了化學(xué)成分、組織形貌等檢驗(yàn)分析,并根據(jù)分析結(jié)果提出了相應(yīng)的改善措施。

表1 問(wèn)題鋼板性能情況

1 試驗(yàn)材料和方法

試驗(yàn)材料為鞍鋼生產(chǎn)的厚度為8 mm屈服強(qiáng)度偏低的熱軋態(tài)Q450NQR1鋼板。鋼板的化學(xué)成分見(jiàn)表2。

表2 鋼板化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)%)

取樣對(duì)鋼板進(jìn)行熱酸蝕試驗(yàn),觀察鋼板橫斷面上的狀態(tài)。取試樣10 mm×8 mm試樣一塊,試樣經(jīng)磨制、拋光、腐蝕后,在ZEISS AXIOVERT 200 MAT顯微鏡觀察試樣顯微組織。在QUANTA掃描電鏡上用GENESIS能譜儀進(jìn)行成分分析,并采用化學(xué)分析法對(duì)試樣成分進(jìn)行全面分析。采用FV-300硬度儀對(duì)鋼板進(jìn)行維氏硬度分析。

2 試驗(yàn)結(jié)果

2.1 宏觀分析

鋼板進(jìn)行熱酸蝕后進(jìn)行觀察,發(fā)現(xiàn)在鋼板中心部位存在中心疏松和裂紋,宏觀照片見(jiàn)圖1。

圖1 鋼板熱酸蝕后照片

試樣經(jīng)磨制、拋光、腐蝕后,肉眼可見(jiàn)沿試樣厚度方向中心部位有一亮帶,亮帶寬度約是試樣厚度的三分之一,宏觀照片見(jiàn)圖2。

圖2 鋼板厚度方向中心部照片

2.2 顯微組織

對(duì)磨制、拋光、腐蝕后試樣進(jìn)行顯微鏡觀察,中心亮帶處為鐵素體,其它部位組織為鐵素體+珠光體,并且亮帶處組織明顯比其它部位粗大,心部晶粒度10級(jí),邊部晶粒度12級(jí),見(jiàn)圖3。

圖3 試樣顯微組織

對(duì)中心亮帶處和邊部夾雜物進(jìn)行分析,心部A類和B類夾雜物尺寸明顯大于邊部(見(jiàn)表3、圖4)。

表3 試樣夾雜物分級(jí)

圖4 試樣夾雜物分析

在QUANTA掃描電鏡觀察分析,用GENESIS能譜儀進(jìn)行成分分析。亮帶處與基體比較,Cr、Mn、Cu元素含量偏低,見(jiàn)表4。

表4 試樣能譜成分

2.3 硬度分析

利用FV-300硬度儀,沿樣品厚度方向均勻打14點(diǎn)HV5硬度(兩個(gè)位置),點(diǎn)位置見(jiàn)圖5,硬度值見(jiàn)表5。

從硬度值分布來(lái)看,硬度值沿厚度方向呈明顯的“U”型分布,即試樣斷面強(qiáng)度存在明顯差異。

2.4 化學(xué)成分分析

通過(guò)鉆孔取樣,對(duì)中部亮帶處及邊部進(jìn)行化學(xué)成分分析,分析結(jié)果見(jiàn)表6,取樣位置編號(hào)見(jiàn)圖5。

圖5 硬度分析打點(diǎn)位置

表5 HV5硬度值結(jié)果

表6 化學(xué)成分分析結(jié)果

成分檢驗(yàn)結(jié)果表明,中部亮帶處的Mn、Cr、Ni、Cu、Nb均明顯低于邊部,與能譜分析結(jié)果基本一致,這是該部位強(qiáng)度低的根本原因。

通過(guò)定量成分分析、硬度試驗(yàn)以及金相檢驗(yàn),這種成分偏析是使中心帶與其它區(qū)域顯微組織、硬度不同的根本原因。

3 分析討論

由上述分析,鋼板中心部位存在較嚴(yán)重的中心疏松和中心偏析,中心疏松及存在大尺寸夾雜物是造成鋼板強(qiáng)度偏低的一個(gè)原因,但中心偏析應(yīng)是造成鋼板強(qiáng)度偏低的主要原因。

鋼板中部的組織呈現(xiàn)高亮狀態(tài),顯微分析發(fā)現(xiàn)邊部與心部的晶粒度存在較大差距,中部組織比邊部粗大,晶粒度相差2級(jí)。厚度方向硬度分析,鋼板中部的硬度明顯低于邊部,反映出鋼板中部的強(qiáng)度會(huì)低于邊度的強(qiáng)度,會(huì)造成鋼板整體強(qiáng)度的降低;中部及邊部化學(xué)成分分析結(jié)果表明,造成鋼板中部強(qiáng)度偏低的原因是中部 Mn、Cr、Ni、Cu、Nb等成分含量明顯低于邊部,這些檢驗(yàn)分析均證實(shí)樣品存在明顯偏析帶。此中心偏析為負(fù)偏析,鋼板中部合金含量低,強(qiáng)化效果會(huì)受到影響,這種成分負(fù)偏析使中心帶與其它區(qū)域晶粒度不同,造成心部硬度低于其它部位,從而造成鋼板整體強(qiáng)度偏低。

二冷區(qū)電磁攪拌的使用,可有效改善鑄坯中心偏析的問(wèn)題,但電磁攪拌投入后鑄坯負(fù)偏析白亮帶明顯,攪拌區(qū)內(nèi)粗大等軸晶率達(dá)80%～90%以上,鑄坯的等軸晶帶明顯。負(fù)偏析白亮帶形成的原因是電磁攪拌產(chǎn)生的流股沿凝固前沿流動(dòng),把兩相區(qū)樹(shù)枝晶間富集溶質(zhì)的母液沖刷出去而造成的,白亮帶中Mn、Cr、Ni、Cu等元素含量比周圍金屬中要少,負(fù)偏析嚴(yán)重的會(huì)對(duì)鋼的力學(xué)性能產(chǎn)生影響,資料表明“白亮帶”明顯程度與電磁攪拌強(qiáng)度有關(guān),攪拌強(qiáng)度越大,“白亮帶”越明顯[1～2]。因此是由于使用電磁攪拌推力過(guò)大,導(dǎo)致了鑄坯負(fù)偏析嚴(yán)重的問(wèn)題。通過(guò)分析,針對(duì)鑄機(jī)電磁攪拌參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化調(diào)整,降低電磁攪拌電流,負(fù)偏析現(xiàn)象明顯改善。

另外,通過(guò)精煉控制,進(jìn)一步降低澆鑄過(guò)熱度、降低拉速、投入輕壓下等手段可以進(jìn)一步減輕連鑄坯偏析、疏松及大尺寸夾雜物[3]。

4 結(jié)論

(1)鋼板中心部位存在較嚴(yán)重的中心疏松和中心偏析,中心疏松及存在大尺寸夾雜物是造成鋼板強(qiáng)度偏低的一個(gè)原因。

(2)中心負(fù)偏析應(yīng)是造成鋼板強(qiáng)度偏低的主要原因,是由于電磁攪拌推力過(guò)大造成嚴(yán)重負(fù)偏析。

(3)通過(guò)優(yōu)化電磁攪拌參數(shù)、投入輕壓下予以改善。